Vrste transformatora

Transformator je statički elektromagnetski uređaj koji sadrži dvije do nekoliko zavojnica smještenih na zajedničkom magnetskom krugu i tako međusobno induktivno povezanih. Služi kao transformator za pretvaranje električne energije iz izmjenične struje pomoću elektromagnetske indukcije bez promjene frekvencije struje. Transformatori se koriste i za pretvorbu izmjeničnog napona i galvanska izolacija u raznim područjima elektrotehnike i elektronike.

Iskreno radi, napominjemo da u nekim slučajevima transformator može sadržavati samo jedan namot (autotransformator), a jezgra može biti potpuno odsutna (HF - transformator), ali većina transformatora ima jezgru (magnetski krug) napravljenu od soft magnetic feromagnetski materijal, te dvije ili više zavojnica izolirane trake ili žice obuhvaćenih zajedničkim magnetskim tokom, ali prvi na prvom mjestu. Pogledajmo koje su to vrste transformatora, kako su raspoređeni i čemu služe.

Energetski transformator

Ovaj tip niskofrekventnih (50-60 Hz) transformatora koristi se u električnim mrežama, kao iu instalacijama za prijem i pretvorbu električne energije. Zašto se to zove moć? Budući da se upravo ovaj tip transformatora koristi za napajanje i primanje električne energije iz i iz dalekovoda, gdje napon može doseći 1150 kV.

U gradskim električnim mrežama napon doseže 10 kV. Kroz točno snažni niskofrekventni transformatori napon također pada na 0,4 kV, 380/220 volti koje zahtijevaju potrošači.

Strukturno, tipični energetski transformator može sadržavati dva, tri ili više namota raspoređenih na oklopnoj jezgri od električnog čelika, s nekim od niskonaponskih namota koji se napajaju paralelno (transformator s razdvojenim namotom).

Ovo je korisno za povećanje napona primljenog od više generatora istovremeno. Energetski transformator se u pravilu postavlja u spremnik s transformatorskim uljem, a kod posebno snažnih primjeraka dodaje se aktivni sustav hlađenja.

U trafostanicama i elektranama ugrađuju se trofazni energetski transformatori snage do 4000 kVA. Trofazni su češći, jer su gubici do 15% manji nego kod trofaznih.

Mrežni transformator

U 1980-ima i 1990-ima linijski transformatori mogli su se naći u gotovo svakom električnom uređaju. Uz pomoć mrežnog transformatora (obično jednofaznog), napon kućne mreže od 220 volti s frekvencijom od 50 Hz smanjuje se na razinu koju zahtijeva električni uređaj, na primjer 5, 12, 24 ili 48 volti.

Linijski transformatori često se izrađuju s više sekundarnih namota tako da se više izvora napona može koristiti za napajanje različitih dijelova kruga. Konkretno, TN (transformator sa žarnom niti) transformatori se uvijek mogu (i još uvijek mogu) naći u strujnim krugovima gdje su prisutne radio cijevi.

Suvremeni linijski transformatori konstruirani su na W-obliku, štapnim ili toroidalnim jezgrama skupa elektrotehničkih čeličnih ploča na koje su namotane zavojnice. Toroidni oblik magnetskog kruga omogućuje dobivanje kompaktnijeg transformatora.

Ako usporedimo transformatore s istom ukupnom snagom toroidne jezgre i jezgre u obliku slova W, toroidna će zauzeti manje prostora, osim toga, površina toroidnog magnetskog kruga potpuno je prekrivena namotima, nema praznog jarma, kao što je slučaj s oklopljenim jezgrama u obliku slova W ili štapića. Električna mreža uključuje, posebice, transformatore za zavarivanje snage do 6 kW. Mrežni transformatori se, naravno, klasificiraju kao niskofrekventni transformatori.

Autotransformator

Jedna vrsta niskofrekventnog transformatora je autotransformator kod kojeg je sekundarni namot dio primara ili je primar dio sekundara. To jest, u autotransformatoru, namoti su povezani ne samo magnetski, već i električno. Nekoliko izvoda se izrađuje od jedne zavojnice i omogućuju vam da dobijete različite napone iz samo jedne zavojnice.

Glavna prednost autotransformatora je njegova niža cijena, jer se koristi manje žice za namote, manje čelika za jezgru, a kao rezultat toga težina je manja od težine konvencionalnog transformatora.Nedostatak je nedostatak galvanske izolacije zavojnica.

Autotransformatori se koriste u uređajima za automatsko upravljanje, a također se široko koriste u visokonaponskim električnim mrežama. Trofazni autotransformatori s spojem u trokut ili zvijezdu u električnim mrežama danas su u velikoj potražnji.

Autotransformatori snage dostupni su u kapacitetima do nekoliko stotina megavata. Autotransformatori se također koriste za pokretanje snažnih AC motora. Autotransformatori su posebno korisni za niske omjere transformacije.

Laboratorijski autotransformator

Poseban slučaj autotransformatora je laboratorijski autotransformator (LATR). Omogućuje glatko podešavanje napona koji se isporučuje korisniku. LATR dizajn je torusni transformator s jednim namotom koji ima neizoliranu "traku" od zavoja do zavoja, odnosno moguće ga je spojiti na svaki od zavoja namota. Kontakt sa stazom omogućen je kliznom karbonskom četkom kojom se upravlja rotirajućim gumbom.

Tako možete dobiti efektivni napon s različitim veličinama na opterećenju. Tipični jednofazni pogoni omogućuju vam prihvaćanje napona od 0 do 250 volti, a trofazni - od 0 do 450 volti. LATR-ovi snage od 0,5 do 10 kW vrlo su popularni u laboratorijima za ugađanje električne opreme.

Strujni transformator

Strujni transformator naziva se transformator čiji je primarni namot spojen na izvor struje, a sekundarni na zaštitne ili mjerne uređaje koji imaju mali unutarnji otpor. Najčešći tip strujnog transformatora je instrumentalni strujni transformator.

Primarni namot strujnog transformatora (obično samo jedan zavoj, jedna žica) spojen je serijski u strujni krug u kojem se želi mjeriti izmjenična struja. Ispada da je struja sekundarnog namota proporcionalna struji primara, dok sekundarni namot mora nužno biti opterećen, jer inače napon sekundarnog namota može biti dovoljno visok da probije izolaciju. Također, ako se otvori sekundarni namot CT-a, magnetski krug će jednostavno izgorjeti od induciranih nekompenziranih struja.

Konstrukcija strujnog transformatora je jezgra izrađena od laminiranog silikonskog hladno valjanog elektrotehničkog čelika na koju je namotan jedan ili više izoliranih sekundarnih namota. Primarni namot često je jednostavno sabirnica ili žica s izmjerenom strujom koja prolazi kroz prozor magnetskog kruga (usput, ovaj princip koristi mjerna kliješta).Glavna karakteristika strujnog transformatora je omjer transformacije npr. 100/5 A.

Strujni transformatori naširoko se koriste za mjerenje struje iu relejnim zaštitnim krugovima. Sigurni su jer su mjereni i sekundarni krug galvanski međusobno odvojeni. Obično se industrijski strujni transformatori proizvode s dvije ili više skupina sekundarnih namota, od kojih je jedan spojen na zaštitne uređaje, a drugi na mjerni uređaj, poput mjerača.

Pulsni transformator

U gotovo svim modernim mrežnim napajanjima, u raznim pretvaračima, u strojevima za zavarivanje iu drugim električnim pretvaračima snage i male snage koriste se impulsni transformatori.Danas su impulsni sklopovi gotovo potpuno zamijenili teške niskofrekventne transformatore s laminiranim čeličnim jezgrama.

Tipični impulsni transformator je transformator s feritnom jezgrom. Oblik jezgre (magnetski krug) može biti potpuno različit: prsten, šipka, šalica, W-oblik, U-oblik. Prednost ferita u odnosu na transformatorski čelik je očita — transformatori na bazi ferita mogu raditi na frekvencijama do 500 kHz ili više.

Budući da je impulsni transformator visokofrekventni transformator, njegove dimenzije se značajno smanjuju s povećanjem frekvencije. Za namote je potrebno manje žice, a struja polja je dovoljna da se dobije struja visoke frekvencije u primarnoj petlji, IGBT ili bipolarni tranzistor, ponekad nekoliko, ovisno o topologiji kruga impulsnog napajanja (naprijed - 1, push-pull - 2, polumost - 2, most - 4).

Radi pravde, napominjemo da ako se koristi obrnuti krug napajanja, tada je transformator u biti dvostruka prigušnica, budući da su procesi akumulacije i oslobađanja električne energije u sekundarnom krugu vremenski odvojeni, odnosno ne nastavljaju se istovremeno, dakle, s flyback kontrolnim krugom, to je još uvijek prigušnica, ali ne i transformator.

Pulsni sklopovi s transformatorima i feritnim prigušnicama danas se nalaze posvuda, od prigušnica štednih žarulja i punjača raznih gadgeta, do aparata za zavarivanje i snažnih pretvarača.

Pulsni strujni transformator

Za mjerenje veličine i (ili) smjera struje u impulsnim krugovima često se koriste transformatori impulsne struje, koji su feritna jezgra, često prstenasta (toroidalna), s jednim namotom.Žica je provučena kroz prsten jezgre, struja u kojoj se ispituje, a sama zavojnica je opterećena na otpornik.

Na primjer, prsten sadrži 1000 zavoja žice, tada će omjer struja primarnog (žica s navojem) i sekundarnog namota biti 1000 prema 1. Ako je namot prstena opterećen na otpornik poznate vrijednosti, tada će napon izmjeren preko njega biti proporcionalan struji zavojnice, što znači da je izmjerena struja 1000 puta veća od struje kroz ovaj otpornik.

Industrija proizvodi transformatore impulsne struje s različitim omjerima transformacije. Projektant treba samo spojiti otpornik i mjerni krug na takav transformator. Ako želite znati smjer struje, a ne njezinu veličinu, tada se namot strujnog transformatora jednostavno puni s dvije suprotne zener diode.

Komunikacija između električnih strojeva i transformatora

Električni transformatori uvijek su uključeni u tečajeve električnih strojeva koji se proučavaju u svim elektrotehničkim specijalnostima obrazovnih institucija. U suštini, električni transformator nije električni stroj, već električni aparat, budući da nema pokretnih dijelova, čija je prisutnost karakteristična za svaki stroj kao vrstu mehanizma. Iz tog razloga navedeni kolegiji, u kako bi se izbjegli nesporazumi, trebao bi se zvati "tečajevi električnih strojeva i električnih transformatora".

Uključivanje transformatora u sve predmete o električnim strojevima je iz dva razloga.Jedan je povijesnog podrijetla: iste tvornice koje su proizvodile električne strojeve za izmjeničnu struju također su gradile transformatore, jer je sama prisutnost transformatora davala prednost strojevima za izmjeničnu struju nad strojevima za istosmjernu struju, što je u konačnici dovelo do njihove prevlasti u industriji. A sada je nemoguće zamisliti veliku AC instalaciju bez transformatora.

Međutim, razvojem proizvodnje izmjeničnih strojeva i transformatora, pojavila se potreba koncentriranja proizvodnje transformatora u posebne tvornice transformatora. Činjenica je da je zbog mogućnosti prijenosa izmjenične struje pomoću transformatora na velike udaljenosti porast višeg napona transformatora bio mnogo brži od porasta napona električnih strojeva izmjenične struje.

U sadašnjem stupnju razvoja električnih strojeva izmjenične struje najveći racionalni napon za njih je 36 kV. Istodobno je najviši napon u stvarno implementiranim električnim transformatorima dosegnuo 1150 kV. Tako visoki naponi transformatora i njihov rad na nadzemnim dalekovodima izloženim munjama doveli su do vrlo specifičnih problema transformatora koji su strani električnim strojevima.

To je dovelo do proizvodnje tehnoloških problema toliko različitih od tehnoloških problema elektrotehnike da je izdvajanje transformatora u samostalnu proizvodnju postalo neizbježno. Tako je nestao prvi razlog - industrijska veza koja je transformatore učinila bliskim električnim strojevima.

Drugi razlog je temeljne prirode i sastoji se u činjenici da se električni transformatori koji se koriste u praksi, kao i električni strojevi, temelje na princip elektromagnetske indukcije (Faradayev zakon), — među njima ostaje nepokolebljiva veza. U isto vrijeme, da bi se razumjeli mnogi fenomeni u strojevima izmjenične struje, poznavanje fizičkih procesa koji se odvijaju u transformatorima je apsolutno neophodno, a, štoviše, teorija velike klase strojeva izmjenične struje može se svesti na teoriju transformatora, čime se olakšava njihovo teorijsko razmatranje.

Stoga u teoriji strojeva izmjenične struje teorija transformatora zauzima jako mjesto, iz čega, međutim, ne slijedi da se transformatori mogu nazvati električnim strojevima. Osim toga, treba imati na umu da transformatori imaju drugačije postavljanje ciljeva i proces pretvorbe energije od električnih strojeva.

Svrha električnog stroja je pretvaranje mehaničke energije u električnu energiju (generator) ili, obrnuto, električne energije u mehaničku energiju (motor), dok se kod transformatora radi o pretvaranju jedne vrste električne energije izmjenične struje u izmjeničnu. trenutna električna energija. struja druge vrste.